Untargeted approaches in isotopic studies of metabolism and application to ab initio metabolic reconstruction

Approches non ciblées de profilage isotopique pour l'analyse du métabolisme et application à la reconstruction métabolique ab initio Cette thèse s'inscrit dans un cadre de biologie des systèmes métaboliques et a pour objectif général l'identification, au sein d'une cellule ou d'un organisme, du réseau métabolique actif dans un contexte physiologique donné. Si la métabolomique permet d'identifier l'ensemble des métabolites d'un organisme - et ainsi de caractériser l'état de son système métabolique - elle ne renseigne pas directement sur la topologie et l'activité du réseau. La fluxomique est quant à elle basée sur des expériences de traçage isotopique qui permettent d'identifier les voies métaboliques actives et, à l'aide de modèles mathématiques adaptées, de déterminer les vitesses réelles des réactions (flux métaboliques) et ainsi d'accéder à la dynamique métabolique des cellules ou des organismes. Les approches de fluxomique ont jusque-là essentiellement reposé sur une connaissance préalable du système métabolique étudié (de façon à le modéliser) et sur des données de marquage acquises sur des composés identifiés du réseau (approches dites ciblées), et sont souvent focalisées sur l'étude du métabolisme carbone central. Le développement récent d'approches non ciblées de mesure d'incorporation isotopique par spectrométrie de masse permet cependant d'élargir considérablement la couverture du réseau métabolique accessible et offre également la possibilité de mettre en place de nouvelles approches de fluxomique. Dans ce contexte, l'objectif spécifique de cette thèse est d'initier la mise en place d'une approche de fluxomique ab initio, qui vise à identifier et mesurer les flux dans des réseaux métaboliques sans a priori, sur la seule base de données expérimentales de marquage isotopique non-ciblées. Dans un premier temps, des outils de traitement non-ciblé des données de marquage obtenues par spectrométrie de masse haute résolution ont été développés. Cela inclut une méthodologie permettant d'évaluer et d'assurer la qualité des données isotopiques ainsi générées. Dans une deuxième partie, une stratégie de fluxomique ab initio a été initiée. Elle repose sur l'obtention de données cinétiques d'incorporation de marquage isotopique et sur le développement d'approches de simulation de ces cinétiques de marquage pour aboutir à la construction de sous-réseaux métaboliques au sein desquels la distribution des flux est résolue.